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1、一轮物理复习课件,原子和原子核,单元一:认识原子的结构,单元二:认识原子核的结构核能,一、认识原子结构,汤姆生-对阴极射线进行实验研究-阴极射线是带负电的粒子-电子,（一）、电子的发现,（二）、电子发现的意义,电子的发现，是物理学史上重要事件，人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子也有结构-原子具有复杂结构,（三）、原子的结构模型,枣糕模型,核式结构模型,玻尔模型,发展过程,提出,汤姆生,解释现象,得到电子,散射实验,氢光谱及氢发光,1、枣糕模型,正电荷,2、原子的核式结构-粒子散射实验,实验现象 A、绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。B、少数粒子发生了较大的偏转。C、极少数的粒子
2、偏转角超过了90，甚至达到180。,对粒子散射实验进行分析，卢瑟福提出了原子核式结构模型：,在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。,卢瑟福的原子核式模型的成功与不足,原子、原子核直径：,原子直径：1010m,原子核直径：10151014m,与经典物理学观点的矛盾-原子稳定性和,能成功地解释粒子散射实验,例3、在粒子散射实验中,当粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不可能存在的,卢瑟福学生，丹麦物理学家，1922年获诺贝尔物理学奖,定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子
3、虽然绕核运动，但并不辐射能量。,跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它吸收或放出一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能级差决定 h=EmEn,3、玻尔原子理论,轨道：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。,氢原子的对应关系：rn=n2r1，En=E1/n2,思考：如何理解原子跃迁的实际？,能级：原子核外电子轨道的不连续对应原子的能量也不连续，这些能量值叫做能级。,基态：能量的最低值,激发态：除基态以外的其它状态,氢原子能级图和轨道半径,E1=13.6ev,能级：,En=E1/n2,轨道半径：,r1=0.531010
4、m,rn=n2r1,n=1、2、3称为量子数,原子的能量是指电子在定态（轨道）上运动的动能和系统的电势能。,规律,半径越大，动能越少，电势能越大，总能量越大,氢原子的能级图,跃迁的条件,原子从低能级向高能级跃迁所吸收的光子能量必为：h=EmEn-不能满足此式就不跃迁,注意：,电离不受上述条件限制，只要光子能量大于等于原子的初始能级值就会发生电离。,电离后的电子动能：EK=hEn,当实物粒子与原子作用使原子激发或电离时，原子所吸收的能量为实物粒子的全部或部分动能。当实物粒子的动能大于或等于两能级差就可能使原子受激发跃迁；大于或等于某能级值就可能使原子电离。,重点注意,原子光谱,原子跃迁要放出光子
5、，光子能量h=EmEn,原子能级的不连续可得原子光谱不连续,原子从高能级向低能级跃迁可产生的光子数为：,（6）玻尔理论的成功与局限性,由于引进量子理论（轨道量子化和能量量子化），玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律。但由于它保留了过多的经典物理理论（牛顿第二定律、向心力、库仑力等），所以在解释其他原子的光谱上都遇到很大的困难。,思考：氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中()A原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大 B原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小 C原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大
6、D原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增加,二、认识原子核的复杂结构,1、天然放射现象,发现-贝克勒尔,意义：天然放射现象使人们认识到原子核具有复杂结构-原子核可以再分,天然放射现象：元素自发地放出射线的现象,放射性：物质发射射线的性质,放射性元素：有放射性的元素。原子序数83的所有元素均具放射性，83的有的元素也具放射性。,各种放射线的性质比较,三种射线在匀强磁场、匀强电场的偏转情况比较：,例1、铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射入垂直纸面向里的匀强磁场，则（）A打在图中a、b、c三点的依次是射线、射线和 射线B射线和射线的轨迹是抛物线C射线和
7、射线的轨迹是圆弧D如果在铅盒和荧光屏间再加一个竖直向下的场强适当的匀强电场，可能使屏上的亮斑只剩下b,2、衰变,原子核自发放出粒子或粒子变成新的原子核的变化过程,注意：在、衰变过程中，多余的能量均以射线的形式释放能量,如：,概念：,、衰变的分类和规律,放出粒子的衰变,放出粒子的衰变,衰变,衰变,类别,特征,规律,写衰变方程满足的规律：,质量数守恒和核电荷数守恒,（4）衰变的实质,衰变：是某元素的原子核同时放出两个质子和两 个中子组成的粒子。,衰变：元素的原子核的一个中子变成质子时同时放出一电子,思考：放射性元素衰变时所放出的粒子是()A.原子的外层电子 B.原子核内的电子 C.原子核内中子衰变
8、成质子时产生的 D.原子核外电子跃迁时放出的光子,衰变时遵守质量数守恒和核电荷数守恒，及动量守恒。,（5）计算衰变次数的方法,半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,注：半衰期由原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。,规律：,外切 大圆,内切 大圆,衰变,粒子,衰变,离子,半径R与粒子的电量成反比！,放射性的防护与应用（详见课本）,例2、某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现所生成的超重元素的核X经过6次衰变后成为，由此可以判定该超重元素的原子序数和质量数依次是 A124，259 B124，265 C112，265 D112，281,放射性同位素的发现：约里奥
9、居里,应用：利用射线,作为示踪原子,考古研究,正电子,例3、关于放射性元素衰变的说法，正确的是()A.原子核经过一次衰变后，它的质量数不变而电荷数却增加1 B.核衰变时放出的射线都是由带电的粒子所组成 C.半衰期表示放射性元素衰变的快慢，它和外界的温度、压强无关 D.衰变不改变元素在周期表上的位置,例4、某原子核内有N个核子，其中包含有中子n个，当该核俘获1个中子后，放出一个粒子和1个粒子，它自身转化成一个新核，可知这个新核（）A、有n-1个中子 B、有n-2个中子 C、核子数是N-3 D、原子序数是N-n-2,【例4】完成下列核反应方程，N+n C+_ N+He O+_ B+n _+He B
10、e+He _+n Fe+H Co+_,例5、一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m。铀发生一系列衰变，最终生成物为铅。已知铀的半衰期为T，那么下列说法中正确的有 A经过两个半衰期后这块矿石中不再含有铀了 B经过两个半衰期后原来所含的铀元素的原子核有m/4发生了衰变 C经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m/8 D经过一个半衰期后该矿石的质量剩下M/2,例6、关于放射性同位素应用的下列说法中正确的有()A放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到消除有害静电的目的 B利用射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视 C用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为
11、更优秀的品种 D用射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的危害,一、核反应,所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）,1.核反应类型,衰变：,衰变：,（核内）,衰变：,（核内）,+衰变：,（核内）,衰变：原子核处于较高能级,辐射光子后跃迁到低能级.,人工转变：,（发现质子的核反应）,（发现中子的核反应）,（人工制造放射性同位素）,重核的裂变：,在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。,轻核的聚变：,（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）,三、核反应、核能,1、核反应：原子核发生变化变成新原子核的过程,
12、人工转变：用人工的方法使原子核发生变化,发现质子,发现中子,衰变,裂变,聚变,衰变,裂变,聚变,人工转变,卢瑟福,查德威克,又是一对师生,2、原子核的组成和核力,原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子，核力是短程力，只有相临的核子之间才存在核力。,2.放射性同位素的应用,利用其射线：射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电。射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程。,作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能,进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木质
13、文物的产生年代。一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，各种元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，废料容易处理。可制成各种形状，强度容易控制）,二、核能,1.核能:核反应中放出的能叫核能。,2.质量亏损,核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。,3.质能方程,（1）爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们的关系是：,E=mc2，这就是爱因斯坦的质能方程。,（2）质能方程的另一个表达形式是：E=mc2。,以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。在非国际单位里，可以用1u=931.5MeV。它表示1原子质量单位的质
14、量跟931.5MeV的能量相对应。,3、核能：核反应中释放的能量,质量亏损：核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些,E=mc2,或E=mc2,释放核能的途径,裂变：,质能方程：爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着密切的联系。,链式反应,结合能：,比（平均）结合能：,核子合成原子核释放的能量,原子核越大，结合能越大,结合能与核子数之比,强调：比结合能越大，原子核越牢固，核越稳定。,强调：中等质量的核比结合能大，核子合成为中等质量的核释放的核能多。,链式反应,条件：反应堆大于临界体积,中子的再生率大于一。,聚变：把轻核结合成质量较大的核释放出核能的反应,条
15、件：几百万摄氏度的高温。亦称热核反应,优势：地球上燃料丰富，1L海水中含氘0.03g，释放的能量相当于300L汽油；产物清洁无污染。,例1、中子和质子结合成氘核，同时释放出光子，以下说发正确的是：A、反应后氘核质量一定小于反应前质子和中子的质量之和。B、反应前后的质量数不变，因而质量不变。C、由核子组成原子核一定向外释放能量。D、光子所具有的能量为mc2，其中m为反应中的质量亏损，c为光子的能量。,太阳内部主要的核反应,例3、用中子轰击锂核（）发生核反应，生成氘核和粒子，并放出4.8Mev的能量。（1）写出核反应方程；（2）求出质量亏损；（3）若中子与锂核是以等值的动量相碰，氘核和粒子的动能之
16、比是多少？（4）粒子的动能是多少？,例4、云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中，一静止的质量为m1的原子核在云室中发生一次衰变，粒子的质量为m2，电量为q，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内，现测得粒子运动的轨道半径R，试求在衰变过程中的质量亏损，（涉及动量问题时，质量亏损可忽略）.,1、（天津）右图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光下列说法正确的是最容易表现衍射的光是由能级跃到能级产生的频率最小的光是由能级跃迁到能级产生的这些氢原子总共可辐射出种不同频率的光用能级跃迁到能级辐射出的光照射逸出功为6.34的金属铂能发生光电效应。郝,
17、D,07高考选编,2(07重庆).可见光光子的能量在1.61 eV3.10 eV范围内.若氢原子从高能级跃迁到量子数为n的低能级的谱线中有可见光，根据氢原子能级图(题14图)可判断n为 A.1 B.2 C.3 D.4,B,CD,4(07江苏)子与氢原子核（质子）构成的原子称为氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。图为氢原子的能级示意图。假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n=2能级的氢原子，氢原子吸收光子后，发出频率为1、2、3、4、5、和6的光，且频率依次增大，则E等于A、h（3-1）B、h（5+6）C、h3 D、h4,C,5(05)现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，
18、若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少？假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的。,A2200 B2000 C1200 D2400,A,6、(07q1)用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线。调高电子的能量在此进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条。用n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量。根据氢原子的能级图可以判断，n和E的可能值为 A、n=1，13.22 eV E13.32 eV B、n=2，13.22 eV E13.32 eV C、n=1，12.
19、75 eV E13.06 eV D、n=2，12.75 eV E13.06 Ev,AD 解析:存在两种可能,第一种n=2到n=4,由于是电子轰击,所以电子的能量必须满足13.6-0.85E13.6-0.54,故D选项正确;第二种可能是n=5到n=6,电子能量必须满足13.6-0.38E13.6-0.28,故A选项正确,7、在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中的a、b所示，由图可以判定 A该核发生的是衰变 B、该核发生的是衰变 C、磁场方向一定垂直纸面向里 D、磁场方向向里还是向外不能判定,答案:BD,8一个静止的放射性原子核处于
20、垂直纸面向里的匀强磁场中，由于发生了衰变而形成了如图3所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为116，下面正确的是（）A该原子核发生了衰变B反冲核沿小圆作顺时针方向运动C原静止的原子核的原子序数为15D沿大圆和小圆运动的粒子的周期相同,9结合图象，下列说法中正确的是（）A原子序数越小，结合能越大 BC原子核比原子核B的比结合能大 C原子核A裂变成原子核B和C要放出核能 D原子D和E聚变成原子核F要吸收能量,概念区别：1、核子质量与平均核子质量,3、结合能与原子序数的关系？,4、比结合能与原子序数的关系？,2、核子合成核核子平均质量的亏损,10、已知氘核的质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，氦3的质量为3.0150u。(1)写出两个氘核聚变生成氦3的反应方程。(2)求上述聚变释放出的核能。(3)若两个氘核以相同的动能Ek=0.36MeV正碰，求碰后生成物的动能。,(2)3.27MeV,答案:,
